地理（课件）：湘教版必修3 第3章 第一节地理信息系统及其应用

欢迎进入地理课堂 遥感 地理信息系统和最近发展起来的全球定位技术为地球科学提供了全新的研究手段 导致地球科学的研究范围 内容 性质和方法的巨大变化 标志着地球科学的一场革命 遥感 全球定位系统 地理信息系统等现代化技术 不仅越来越广泛地应用于国土整治工作 国民经济的各个部门 而且也越来越走进普通人的生活 随着 嫦娥奔月 由梦想变成现实 未来的世界更是不可思议 未来的地理课堂与现在截然不同 学生只要戴上显示头盔 就能看见太空中的地球 如果采用越来越高的分辨率 将看见大陆 然后是乡村 城市 最后是住房 树木和其他天然的 人工的地表事物 利用声音识别系统 学生能够请求得到关于陆地覆盖 动植物物种分布 实时天气 道路 行政区范围以及人口等方面的信息 人类正进入信息时代 如何从浩如烟海的数据中获取我们所需要的信息 那就让我们一起走进神奇的3S技术 RS GIS GPS 本单元的学习重点有遥感 全球定位系统 地理信息系统的原理 以及数字地球的含义 遥感 全球定位系统在定位导航中的应用 地理信息系统在区域地理环境研究中的应用 学习本章知识 应先了解每一种技术的概念 含义 了解它们的发展历程 还要注意收集各种资料 信息 全方位了解地理信息技术的工作过程 以及在生产 生活中的应用 思维点拨 学习地理信息技术的一般思路 第一节地理信息系统及其应用 将于2011年6月贯通的京沪高铁 从选线到地质调查都借助了地理信息系统 从而使工程大大地提高了效率 1 地理信息系统由哪些部分组成 2 地理信息系统有哪些方面的应用 1 了解GIS基本概念 工作过程 2 了解GIS专业软件的发展与应用状况 3 了解GIS的基本硬件和软件系统 一 地理信息系统1 概念 地理信息系统是一种以采集 存储 管理 和地球表面与有关的空间信息系统 2 功能 除了一般的 数据外 还能显示数据的 并具有强大的 分析 模拟 统计和预测等功能 分析 描述 地理分布 数据 存储 管理 空间分布 查询 3 发展 开拓期 期 大发展期 4 组成 硬件设备 地理数据 GIS人员 5 工作过程 主要包括地理数据输入 存储 地理数据的和 以及地理信息输出等环节 巩固发展 用户时代 GIS软件 应用模型 操作 分析 思考比较GIS地图与传统地图有什么不同 提示 1 储存信息的形式不同 地理信息系统通过建立数据模型 以数据库的形式储存地理空间数据 而地图以图纸的形式保存地理信息 2 查询的方式不同 地理信息系统通过计算机进行查询和数据更新 而地图则通过肉眼进行判读 获得地理信息 GIS获得的信息更有针对性 速度也更快 3 地理信息技术可以将不同来源 不同比例尺 不同投影的地图数据进行综合 并进行空间分析 而地图有许多方面做不到 二 地理信息系统与城市管理1 应用领域 资源调查 国土管理 邮电通信 公安 水利 公共设施 商业金融等 环境评估 灾害预测 城市规划 交通运输 2 GIS与城市管理 1 城市规划和管理 城市规划的设计 辅助决策 2 基础设施管理 应急抢修 日常维护等 3 土地利用与管理 土地利用状况的监控和管理 4 生态环境管理 城市生态规划 环境与区域可持续发展的 环保设施的管理等 工程选址 城市管理 工程设计 环境评价 决策分析 图3 1网络GIS路径查询 用来查询两点间的交通路线图示为城市信息系统 通过城市信息系统的GIS 可以查询餐馆 宾馆 学校 商场 包括公交等任意不同地点之间的路线与路程 图3 3GIS在城市建设中的应用 GIS虚拟社区 图3 4GIS在科学研究中的应用 白令海峡0米 5米 40米深度处温度的三维GIS模拟此两幅图为典型的GIS的应用典例 图3 3为虚拟现实技术 通过三维模拟 显示小区真实的状况 图3 4为图层模式 不同深度的海水温度的具体表现 图3 5GIS的组成此图反映的是CIS的组成 GIS由硬件 软件 地理数据 人员和应用模型组成 GIS硬件分为计算机主机 数据输入设备 数据输出设备 数据传送设备和存储设备 GIS的软件主要提供的是存储 分析 显示地理数据的功能 地理数据是以数字的形式存在数据库中 GIS的人员包括系统开发的专业人员和工作用户 应用模型是解决实际问题的专业程序 图3 8地图数字化过程此图反映了地图由传统的纸质地图 经过扫描输入电脑 再经过处理等过程 最终成为矢量地图的过程 此过程也即是传统地图矢量化的过程 图3 10用来存储不同信息的GIS图层 图3 11网上的电子地图采用图层管理的方法 用户可以选择需要的图层进行显示 查询此两幅图反映了GIS的信息存储的方式 分图层存储不同的信息 通过图层的叠加 可以形成地理信息的综合反映 图示中有水系 土地利用 地形 居民区 土壤各层 可以根据需要选择不同的图层信息 图3 11即为具体的GIS的应用实例 图3 12地图计算机显示图3 13地图输出GIS的信息的不同的显示输出 图3 12是利用计算机显示输出 而图3 13则是通过绘图仪输出GIS地图为传统地图的样式 1 地理信息系统的概念 分类与发展 1 对地理信息系统概念的理解要把握两个方面 首先 GIS是一种计算机系统 它具备一般计算机系统所具有的功能 如采集 管理 分析和表达数据等功能 其次 GIS处理的数据都和地理信息有着直接或间接的关系 这样 可以简单地定义地理信息系统为用于采集 存储 管理 分析和描述地球表面与地理分布有关数据的空间信息系统 地理信息系统是有关空间数据管理和空间信息分析的计算机系统 与一般的管理信息系统相比 地理信息系统具有以下特征 地理信息系统在分析 处理问题中使用了空间数据与属性数据 并通过数据库管理系统将两者联系在一起共同管理 分析和应用 从而提供了认识地理现象的一种新的思维方法 而一般的信息系统则只有属性数据库的管理 即使存储了图形 也往往以文件等机械形式存储 不能进行有关空间数据的操作 如空间查询 检索 相邻分析等 更无法进行复杂的空间分析 地理信息系统强调空间分析 通过利用空间解析式模型来分析空间数据 地理信息系统的成功应用依赖于空间分析模型的研究与设计 综上所述 地理信息系统可定义为 由计算机系统 地理数据和用户组成的 通过对地理数据的集成 存储 检索 操作和分析 生成并输出各种地理信息 从而为土地利用 资源管理 环境监测 交通运输 经济建设 城市规划以及政府各部门行政管理提供依据 为工程设计和规划 管理决策服务 2 分类 依照其应用领域 地理信息系统可分为土地信息系统 资源管理信息系统 地学信息系统等 根据其使用的数据模型 可分为矢量 栅格和混合型信息系统 根据其服务对象 可分为专题信息系统和区域信息系统等等 3 发展过程 到目前 GIS发展已经历了四个阶段 如下图所示 2 地理信息系统的组成 地理信息系统由硬件 软件 数据 人员和应用模型五部分组成 硬件和软件为地理信息系统建设提供环境 数据是GIS的重要内容 应用模型为GIS建设提供解决方案 人员是系统建设中的关键和能动性因素 直接影响和协调其他几个组成部分 3 地理信息系统的工作过程 GIS的工作过程 主要包括地理数据的输入 存储 地理数据的操作和分析以及地理信息输出等环节 如下图所示 1 第一步 建设GIS的首要工作是建立地理数据库 GIS的数据源是多种多样的 将收集好的各种数据资料 经过分类和格式转换 就可输入到计算机中 其中 对于图形数据的输入 常用的方法是扫描纸质地图后进行数字化处理 此外 遥感数据已经成为GIS的重要数据来源 2 第二步 GIS数据的存储 GIS的数据存储采用 分层 技术 即将地图中的不同地理要素 存储在不同的 图层 中 将不同的 图层 要素进行重叠 就形成不同主题的地图 3 第三步 GIS数据的操作与分析 对GIS数据的操作与分析 是GIS应用的基础 通过对GIS数据的操作与分析 可以使各类数据之间的关系以直观的形式表现出来 4 第四步 GIS信息输出 GIS的信息输出 是指将编辑好的GIS信息在计算机显示器的屏幕上显示 或通过绘图仪 打印机等输出的过程 其实 GIS工作过程还有最重要的第五步 GIS应用 以各种图形 地图或表格等形式输出的数据 用户或决策者对数据进行判断分析后 就可应用 下图中 甲图为一幅具有林木 河流和住房的景观图 乙图是根据甲图而建立的空间数据模型 由此比较地图与地理信息系统有何差异 解析 该题的命题目的是让学生知道地理信息系统是如何建立的 如何将地面地理信息转变为地理信息系统中的数据 从题中我们可以看出地理信息系统的简要工作程序 是将区域内地物的有关信息 林木 河流和住房 转变为计算机可以识别的数据结构 建立起区域地物信息数据模型和空间模型 首先建立区域的栅格结构图 根据区域大小 将甲图空间按规则分成一个个小块 地物所在位置用它们所占据的栅格的行 列号来定义 地物属性通过赋予栅格属性值来表示 如林木用s表示 河流用r表示 住房用h表示 这样 地图就转变成了空间数据 将其存入计算机 就可建立这个区域的地理信息系统数据库 从中可以看出地理信息系统在信息储存 查询和处理等许多方面与地图不同 答案 1 储存信息的形式不同 地理信息系统通过建立数据模型 以数据库的形式储存地理空间信息 而地图以图纸的形式保存地理信息 2 查询的方式不同 地理信息系统通过计算机进行查询和数据更新 而地图则通过肉眼进行判读获得地理信息 GIS获取的信息更有针对性 速度也更快 3 地理信息系统可以将不同来源 不同比例尺 不同投影的地图数据进行综合 并进行空间分析 而地图有许多方面做不到 1 地理信息系统的简要工作程序是 A 数据输入 存储 操作和分析 地理信息输出B 数据存储 输入 操作和分析 地理信息输出C 数据的操作和分析 存储 输入 地理信息输出D 地理信息输出 数据存储 输入 操作和分析解析 GIS的工作过程 主要包括地理数据的输入 存储 地理数据的操作和分析以及地理信息输出等环节 答案 A 城市地理信息系统 城市GIS 就是利用地理信息技术将城市系统中地理环境的组成要素及其相互关系映射到信息空间 建立城市现实地理环境的空间信息模型 构造一个与现实城市相对应的虚拟 数字城市 为城市政府和企业的管理与决策及市民社会生活提供信息服务 其中GIS在城市建设和管理中的典型应用有 1 城市规划和管理城市规划和管理是利用GIS技术可进行城市规划的设计 工程选址等工作 也可进行城市管理和辅助决策 是GIS的一个重要应用领域 2 基础设施管理城市基础设施 如道路交通 电力 电信 燃气 自来水 排污等 广泛分布于城市的各个角落 且这些设施具有明显的地理空间特征 它们的工程设计 应急抢修 日常维护都可以借助GIS来完成 以大幅度提高工作效率 3 土地利用与管理土地利用涉及土地使用性质变化 地块轮廓变化 土地权属关系变更等诸多内容 借助GIS技术 可以有效地完成对土地利用状况的监控和管理 4 生态环境管理应用GIS技术 可以实现城市生态规划 环境评价 环境与区域可持续发展的决策分析 环保设施的管理等 GIS中 不同类型的地理空间信息储存在不同的图层上 叠加不同的图层可以分析不同要素间的相互关系 据此回答 1 2 题 1 城市交通图层与城市人口分布图层的叠加 可以 A 为商业网点选址B 分析建筑设计的合理性C 计算城市水域面积D 估算工农业生产总值 2 对1985年与2000年城市土地利用图层进行分析 能够 A 计算交通流量的变化B 预测洪涝灾害的发生C 了解城市地域结构的变化D 预测城市降水变化趋势 解析 GIS的数据存储采用 分层 技术 即将地图中的不同要素 存储在不同的 图层 中 将不同 图层 中的要素重叠 就形成不同主题的地图 GIS只是技术手段 要正确回答以上两个题目 必须正确掌握相关的地理知识 第 1 小题 城市交通图层能显示城市各地区的通达度 城市人口分布图层能显示城市不同地区人口分布的密度 两图层相叠加 可以显示城市人口密度最大 交通通达度最好的地区 而这恰好是商业网点的最优区位 所以答案应该为A 第 2 小题 比较2000年城市土地利用图层与1985年的不同 可发现城市土地利用状况有所不同 城市土地利用状况的变化可很好地反映城市地域结构的变化 答案应该为C 答案 1 A 2 C 2 下列属于地理信息系统应用领域的是 测绘 资源管理 环境保护 城乡规划 市场分析 电子邮件A B C D 解析 20世纪90年代以来 地理信息系统在社会经济信息化中发挥了重要作用 现已广泛应用于测绘 资源管理 环境保护 城乡规划 市场分析等各领域 其中测绘分两步 第一步是测 要用到RS 第二步是绘 要用到GIS 答案 A 高考思维导析 本题是地理信息系统与实际生活相联系的题 综合性较强 做此题学生须具备较强的综合分析问题的能力 1 2010 福建文综卷 下图甲 乙分别示意京津冀都市圈2000年人口密度分布和人口增长率 完成 1 2 题 1 导致该都市圈人口增长空间分布差异的主要原因是 A 东部 南部地区经济收入较低B 西部 北部地区市场潜力较大C 东部 南部地区非农产业发达D 西部 北部地区制造业集中 2 应用GIS技术在上图甲基础上制作图乙 需要添加的数据是 A 1999年各行政区的人口数量B 2000年各行政区的人口数量C 各行政区的边界D 各行政区的面积 解析 第 1 题 从甲 乙两图可以看出 京津冀都市圈中东部 南部人口密度大 人口增长快 结合东部和南部经济发达 制造业发达 市场广阔的实际情况 可知这里非农业发达 吸引了大量人口的迁入 第 2 题 图甲是京津冀都市圈2000年人口密度分布图 人口密度是指每平方千米内的居民数 该图已经蕴含了2000年各个行政区的边界 面积和人口数量等方面的信息 而乙图表示该都市圈各行政区2000年人口增长率 所以必须有1999年各行政区的人口数量作为基数进行计算 答案 1 C 2 A 2 2008 高考海南卷 下图示意为某专题研究建立的地理信息系统 GIS 图层 据此完成 1 2 题 1 该专题研究可能是 A 耕地分类和评价B 工业分布与交通的关系C 商业分布和规划D 学校布局 2 若利用该地理信息系统进行深埋垃圾场选址 在下列图层中应增加 大气污染 区域规划 造纸厂 印刷厂分布 水文地质A B C D 解析 第 1 题 根据题中提供的图层 有水系 土地利用 居民点 地形和土壤 特别是有土壤图层 说明该专题研究的可能是耕地分类和评价 第 2 题 就深埋垃圾场选址 首先应考虑该地的水文地质条件 因为是深埋 处理不好很容易造成地下水污染 另外 深埋垃圾场附近地表比较疏松 并且有可能产生沼气等气体 故选址时一定参与当地的区域规划 决不能建在居民区 商业区等附近 答案 1 A 2 D 热点聚焦时事材料材料一2010年4月28日青岛海底隧道全线贯通 由于施工中借助地理信息系统的神奇 节省成本5000万元 材料二地理信息系统在大型工程的建设中起着非常重要的作用 如工程的选址方面 利用地理信息系统 根据区域地理环境的特点 综合考虑资源配置 市场潜力 交通条件 地形特征 环境影响等因素 在区域范围内选择最佳位置 环境现状和影响评价 利用环境模拟GIS系统 对该区域环境现状及趋势模拟 为区域可持续发展提供有用资料 材料三为了解决公交车 出租车的违章行为 广州市交通部门推出了 公交地理信息系统 该系统建立在电子地图的基础上 使公交车重叠率 换乘系数等运行状况一目了然 交通管理部门根据该系统提供的数据 进行综合分析 采用了将有些站点易位 增设公交站点以及在一些主干道上设置公交专用道 公交快车走廊 等措施 有效地扭转了该市公交塞车的局面 知识链接GIS系统 地理信息系统的应用 原创新题 1 目前 GIS在城市建设和管理中的典型应用有哪些 2 你所在城市是否有可以运用GIS帮助改善管理状况的情况 你能否借鉴材料中的经验谈一谈改进意见 3 下列能用地理信息系统解决的问题是 大型超市的选址 旅游线路的选择 太湖水质污染的监测 海洋石油污染扩散区域趋势 商业网点的布局A B C D 4 比传统地图高明的是 地理信息系统能通过了解某地物随时间变化的过程 分析该地物的 A 发展趋势B 地理位置的变化C 历史意义D 区位特征 5 寻求两点之间最短 最快或景点最多的路径等可借助于 A 地理信息系统B 遥感技术C 全球定位系统D 地理卫星系统 6 地理信息系统的工作过程包括哪些 答案 1 主要有城市规划和管理 基础设施管理 如道路交通 电力 电信 燃气 自来水 排污等 土地利用与管理 生态环境管理 旅游管理等方面 2 略 该题的设计主要是要求学生要关心社会 要善于把所学知识与实际生活 生产相联系 关于改进意见 只要符合当地实际情况 有道理即可 3 C 4 A 5 A 6 地理数据的输入 存储 地理数据的操作和分析 以及地理信息输出等环节 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全